光整机过程控制系统介绍

为了获得带钢表面质量和延伸率，光整机提供必须的轧制力。光整机为 四辊式，采用交流电机传动。在比较高的轧制力下，延伸率改变带钢的 冶金性能（例如屈服强度）和提高带钢平直度。实际的轧制力和延伸率 取决于轧辊粗糙度、产品特征和轧制模式。
光整机侧视简图
光整机控制的PLC柜组成及功能划分 柜组成及功能划分 光整机控制的 PLC的硬件组成包括s7控制柜机架 带有两个CPU、（分别负责LCO和MRG), CPU458和CPU443 S7 CPU 部分带有 (包括工艺段 S7 CPU): 包括工艺段 机架控制 (SC): 机架协调由双重联动装置形成,操作模式选择，标定和液压 辊缝控制，工作辊弯辊控制和延伸率控制 本地设备控制 (LD): 本地设备控制功能包括机架设备动作例如抗皱辊，带吹 扫装置的挤干辊等等 换辊设备 (RC): 换辊设备功能包括换辊小车, 抽送液压缸, 夹钳等等。工作 辊换辊有手动和自动模式，支撑辊是手动模式 高压液压设备(HY): 这部分包括控制和监视功能，高压液压系统例如冷却， 加热，循环和压力泵控制，过滤，液面和温度检测等等. 仪表和控制 (IC): 这部分包括控制和监视功能，湿法光整系统例如加热，计 量和补给泵控制，压力控制，区域进水阀命令，过滤，液面检测和温度监视. 自动延伸率控制 (AEC): 自动延伸率控制包括实际值的测量, 参数, 诊断功能, 自适应, 控制器操作和液压辊缝和传动输出.
位置控制 位置控制用于辊缝的平行开启和关闭。 位置调整器通过与辊缝位置的参考值相比较来控制全部液压缸（驱 动侧和操作侧）当前位置的平均值。 位置实际值检测 HGC的液压缸在每侧都装备有一个位置传感器用于实际液压缸位置 的探测。 对于增量式位置传感器来说，它有一个测量探头和一个评定单元。 测量探头由一个带有电磁刻度的标尺和一个探测标尺瞬时值的测量头组 成。测量头与评定单元相连接，评定单元将测量探头的输出转换为基于 液压缸运动方向的上升或下降脉冲。然后EXM 438模具单元上的增量式 计数器会计算评定单元来的脉冲以算出液压缸的位置。 对于绝对值位置传感器，位置值直接从传感器读出。 两个安装在HGC液压缸上的接近开关探测极限位置。只要当位置计 数器没有调零或标定时液压缸位置没有被定义，一个极限请求就会给出。
0
（DS－OS）÷2
SP PI PV
Position/Force计算简图 Position/Force
100 95
SP PV
DS PI ＋ DS servos value
轧制力控制 轧制力控制器用来将两个液压缸的实际轧制力数值保持在参考值上。 利用压力传感器的轧制力测量 液压缸的压力由安装在每个液压缸活塞侧的两个压力传感器和安装 在液压缸连杆侧的一个通用的压力传感器来测量。 由压力传感器测得的值表示液压缸的内部压力值。液压缸的压力值 可以通过增加Leabharlann Baidu有效面积被转换为强制力的值。液压缸总的闭合力的值 可以通过从液压缸关闭侧的压力里剪去打开侧的压力来确定。 总体轧制力控制器 闭环控制器控制总体轧制力。控制器设定值的选择基于机架协调器 的控制命令。不同的设定值可被选择用于轧制力控制器 。被选择的设定 值由一个斜坡发生器被激活送往闭环控制器。AEC的轧制力修正值用作 控制器的一个附加设定值。控制器驱动HGC伺服阀直到轧制力设定值与 实际值相等。 独立轧制力控制器 独立轧制力控制器分别控制驱动侧和操作侧的轧制力并被用于HGC 的标定。为了应用独立轧制力控制器，单独的伺服阀门用于控制驱动侧 和操作侧的液压缸
差压轧制力控制器 差压控制器控制不同的轧制力。为了控制不同的轧制力，操作侧和 驱动侧的液压缸必须由独立的伺服阀来驱动。差压轧制力控制器的 输出以异号被送往不同的侧。 连杆侧压力控制 安装在液压缸连杆侧的一个定比减压阀用于在HGC液压缸的连杆 侧保持一个固定的压力。通常有两个不同的设定值被应用： 用于一般操作的低压 用于HGC快速打开的高压
平均位置计算 平均位置是操作侧位置和驱动侧位置的平均值。轧制力缸完全打开时，这 个值为零；轧制力缸关闭时，这个值最大。 平均位置(mm) = (操作侧位置(mm) – 驱动侧位置 (mm)) / 2 倾斜或位置差计算 这个值是操作侧和传动侧之间的位置差。当轧制力缸在非常低的位置时， 这个值为零。当操作侧位置大于传动侧位置时，这个值为正。 倾斜 (mm) = 操作侧位置 (mm) – 传动侧位置 (mm) 辊缝计算 辊缝是当轧制线定位后上下工作辊之间的距离。辊缝是正值。对于辊缝计 算，我们需要存储轧制力缸的平均位置，这个位置是在标定时序时计算的。通 常标定时序在调试时进行，标定时采用新辊，光整机内没有带钢。 辊缝 = 存储的 HRFC 平均位置 – HRFC 平均位置测量值 式中 : HRFC 平均位置测量值 = [ HRFC 操作侧位置 + HRFC 驱动侧位置 ] / 2 为了计算辊缝我们必须增加一些调节参数 1、下辊的调节参数 参数_1 = [ max BUR 半径 – 实际 BUR 半径 ] + [ max WR 直径 – 实际 WR 直径 ]
整体位置控制器 一个闭环位置控制器控制辊缝位置。控制器位置设定值的选择基于机架 协调的控制指令。位置控制器可选择四个不同的设定值 :打开，完全打开， 换辊位，关闭辊缝位置。上面这些位置设定值是HGC的预定参数 ，被选中 的设定值通过一个斜坡发生器被送往闭环控制器。AEC的位置修正值被用作 控制器的附加设定值。控制器会驱动HGC伺服阀门直到位置设定值与位置 反馈值相等。 倾斜控制器 倾斜控制器控制不同的辊缝位置。为了控制辊缝的倾斜，操作侧和驱动 侧的液压缸应该由独立的伺服阀来驱动。位置控制器的输出发送给不同的侧 机架每侧的位置传感器向函数计算机提供高精度的位置比例信号。机架 两侧的实际位置值做数字相减产生用于倾斜控制器的实际值 “多倾斜”信号和“少倾斜”信号使得控制器根据机架中心线改变倾斜 率。这种倾斜通过机架每侧伺服阀的推拉操作实现。 独立位置控制器 独立位置控制器可以分别控制驱动侧和操作侧的辊缝位置。一个闭环控 制器控制驱动侧的液压缸并利用驱动侧的辊缝位置反馈值和一个二次闭环控 制器利用操作侧的辊缝位置反馈值来控制操作侧的液压缸。为了使用独立位 置控制器，单独的伺服阀门应该分别控制驱动侧和操作侧的液压缸。
伺服阀的输出 伺服阀控制HGC缸运动。依靠主动模式，由位置控制器或者轧制力控制器 通过EXM438模块发出模拟信号来驱动伺服阀。伺服输出被监视不能超出 硬件限度。
控制块图 下面HGC控制器的原理图给出了不同单独控制环之间的相互作用
诊断 HGC的诊断程序连续监视控制器的实际值和状态信号以及位置变送 器和轧制力/压力变送器。 位置变送器被监视在最大值和最小值之间。具有报警及释放位置和 倾斜限制的功能。 轧制力/压力变送器被监视在最大值和最小值之间，对总的轧制力的 最大限制和两个过载限制进行监视。 产生的诊断信号被发送到机架协调器进行连锁及产生故障信息。
FM458 部分包括 部分包括: 液压辊缝控制(HGC): 液压辊缝控制包括实际值测量，参数，控制器操 作,所有的位置控制，轧制力控制和阀的输出. 工作辊弯辊控制 (RBS): 工作辊弯辊控制包括实际值测量, 参数，控制 器操作, 控制器和阀的输出
光整机过程系统控制
HGC（液压辊缝控制）位置和轧制力控制 光整延伸率控制 工作弯辊力控制 光整机时序
根据所需处理的带钢质量， 根据所需处理的带钢质量，光整机 可以在延伸率模式或粗糙度模式 下工作 ：
延伸率模式 通过支撑辊速度控制光整机 入口张力 通过轧制力控制延伸率 通过中间张紧辊速度控制光 整机出口张力 粗糙度传递模式 通过支撑辊速度控制光整机 入口张力 通过轧制力来获得粗糙度传 递 通过中间张紧辊速度控制光 整机出口张力
液压轧制力缸 (HRFC)概述 概述 HRFC的作用就是控制光整机牌坊底部的两个液压缸的位置和压力，以获得 所需要的轧制力。 双作用液压缸（每侧一个）为光整机提供轧制力。每个液压缸的压力控制如 下： 一个伺服分配块，用于轧制力缸打开/关闭和轧制力增大/减小； 三个共用的电磁阀控制两个缸，用于快速关闭、快速打开和全开； 每个缸有一个压力传感器测量压力，并反馈到自动化系统。压力传感器可对 光整机每侧的轧制力精确测量，并快速反应。 每个液压缸的位置由位置传感器测量，并反馈到自动化系统。 接近开关用于检测每个缸的超高和超低位置。 根据光整机的状态，轧制力缸有压力模式和位置模式两种控制方式： 在闭合状态时，当距带钢还有1mm时，光整机从位置控制切换到压力控制。 或者是在HRFC压力比软接触更大时，需要切换。 在打开状态时，当光整机不是压力释放状态时，光整机从压力控制切换到位 置控制。
延伸率控制 延伸率即参照原长度板带的一个长度的增长. e = （I_exit - I_entry）/ I_entry l_entry =平整机入口板带长度测量(基本长度) l_exit =平整机出口板带长度测量 目的：降低板带表面的粗糙度、改善板带表面质量 目的 轧制力对这两项同时都有非常重大的影响, 屈服点和板带粗糙程度. 张力和弯曲 力都对改善板带表面质量同时有着影响 实际延伸率依靠平整机入口和出口的两个高精度的脉冲发生器来测量. 这两个 脉冲发生器计算出入的板带长度，这被用来计算板带的实际延伸率值. 3种不同的模式用于延伸率控制l: 通过轧制力控制延伸率 通过轧制力和板带张力控制延伸率 通过秒流量概念控制延伸率 所有带有轧制力或者张力操作控制可以通过人机界面单独选择. 如果轧制力和板带张力被选择, 这些操作控制自动适应板带表面。 板带张力对板带细微部分会产生更加重要的影响, 轧制力对板带大面质量会产生 更加重要的影响.
轧制力计算 总轧制力是作用在带钢上的力 总轧制力 (t) = 操作侧压力(t) +驱动侧压力 (t) + 负弯辊力 (t) –正弯辊力 (t) -BUR 重量 (t) -WR 重量 (t) –HRFC活塞杆重量 (t) 轧制力差计算 轧制力差是两个液压缸之间的压力差 轧制力差 (t) = 操作侧压力 (t) –驱动侧压力 (t) 操作侧轧制力(t) = P (bar) x 活塞杆断面积 (cm2) x 1.02 x 0.001 驱动侧轧制力(t) = P (bar) x 活塞杆断面积 (cm2) x 1.02 x 0.001
HRFC 控制 控制方式有: 平均位置控制 倾斜控制(位置) 总轧制力 (压力) 轧制力差
自动化系统包括两个控制器: 平均位置或平均总轧制力控制 倾斜 (位置) 或轧制力差 (压力) 控 制
光 整 机 液 压 系 统 简 图
HRFC 液压辊缝控制 通过在光整机两侧产生轧制力差或位置偏差，纠正带钢平直度缺陷如单边浪和 其他变形。 液压辊缝控制功能在FM458-1处理机上实现。HGC的硬件I/O连接在EXM 438 模具单元上。位置传感器和压力传感器以及伺服阀直接与EXM 438连接。 控制程序被分成几个功能块： 2. 轧制力控制 1. 位置控制 - 轧制力/压力反馈评定 - 位置反馈评定 - 轧制力设定点转换和斜坡 - 位置设定点转换和斜坡 - 整体轧制力控制 - 整体位置控制 - 分级轧制力控制 - 倾斜控制 - 分级位置控制器 3．阀的输出 - 油流量补偿 - 油面高度补偿 - 补偿整合 4． 诊断功能 - 位置限制 - 轧制力限制 - 压力限制
2、轧制线调整的调节参数 参数_2 = 理论轧制线值 – 轧制线测量值 3、带钢厚度 参数_3 = 带钢厚度 辊缝计算如下: 辊缝 = 存储的 HRFC 平均位置 – HRFC 平均位置测量值 +参数_1 + 参数_2 + 参数_3
100 90
SP PV
OS PI
＋ OS servos value
光整机过程控制系统介绍
邯钢冷轧厂
光整机简介
光整机位于NO6和NO7张紧辊组之间 ，设备包括： 光整机入口张紧辊NO6 光整机 光整后清洗 热风干燥 中间张紧辊NO7 附属设备包括： 液压设备 湿光整系统 气动系统 光整机工作辊和支撑辊高压清洗系统
光整机拉矫机平面布置
光整机有如下两个作用: 光整机有如下两个作用: 将工作辊粗糙度传递到带钢表面； 在入口和中间张力辊之间，提供给 带钢所需要的延伸率。